Molekulare Architektur und Funktion von polymeren orientierten Systemen – Modelle für das Studium von Organisation, Oberflächenerkennung und Dynamik bei Biomembranen

Abstract

Der Teil und das Ganze. Nicht erst die moderne Naturwissenschaft hat die Selbstorganisation für den Aufbau von Funktionseinheiten entdeckt, schon in den alten Philosophien Asiens und Europas ist sie ein Grundgedanke: Erst die Gemeinsamkeit der Teile schafft das Ganze und seine Funktionsfähigkeit. Übersetzt in die Sprache der Chemie bedeutet dies: Die Selbstorganisation von Molekülen führt zu supramolekularen Systemen. Thermotrope und lyotrope Flüssigkristalle sind solche Funktionseinheiten, die sich durch Selbstorganisation bilden und als hochorientierte Systeme neue Eigenschaften aufweisen. Die Bedeutung lyotroper Flüssigkristalle ist in den Biowissenschaften seit langem bekannt. Sie sind eine Voraussetzung für die Entstehung des Lebens und die Funktionsfähigkeit von Zellen. In den Materialwissenschaften hat das Konzept Funktion durch Organisation in den letzten Jahren bereits zur Entwicklung neuer flüssigkristalliner Materialien geführt. Aus der Sicht der Makromolekularen Chemie soll am Beispiel der molekularen Architektur von Polymersystemen versucht werden, diese beiden Bereiche gemeinsam zu betrachten und besonders zu ihrer gemeinsamen Bearbeitung anzuregen. Polymere Flüssigkristalle vereinigen die Fähigkeit zur spontanen Selbstorganisation, die den flüssigkristallinen Zustand auszeichnet, mit polymerspezifischen Eigenschaften, die eine Stabilisierung von Ordnungszuständen zulassen. Als neue Materialien wurden auch diese bereits intensiv untersucht. Als Modellsysteme für Biomembranen und zur Simulation von Biomembranprozessen hingegen wurden sie bisher nur wenig diskutiert. Intention dieses Beitrags ist es, zu zeigen, daß die Makromolekulare Chemie helfen kann, Zellprozesse wie die Stabilisierung von Biomembranen, die spezifische Oberflächenerkennung oder gar die „Entkorkung”︁ von Zellen zu simulieren. Von jeher interdisziplinär arbeitend, kann sich die Polymerwissenschaft schon lange nicht mehr an den klassischen Massenkunststoffen festhalten. Der Aufbruch zu neuen Forschungsbereichen hat begonnen. Die Verbindung von Flüssigkristall- und Biomembranforschung scheint uns besonders wichtig. Eine der Grundvoraussetzungen, dieses Grenzgebiet zwischen Organischer Chemie und Membranbiologie oder, allgemeiner, zwischen Biowissenschaften und Materialwissenschaften zu bearbeiten, wird die Bereitschaft zu einer engen Kooperation mit Nachbardisziplinen sein, die sich bisher oft fremd gegenüberstanden. Dieser Beitrag ist weit davon entfernt, definitive Antworten zu geben; er soll aber Mut machen zum wissenschaftlichen Wagnis, denn oft halten wir aus Angst vor dem Abenteuer am mühsam erworbenen Wissen zu fest.